Update: 17.10.2011
Die wichtigste Größe zur rechnerischen Bestimmung von Gummifedern ist der Schubmodul G [1]. Er ist nicht von der Konstruktionsform abhängig, sondern nur vom Werkstoff Gummi.
nach oben
Der Elastizitätsmodul besitzt zum Schubmodul die aus der Festigkeitslehre grundsätzliche Beziehung E = 3 * G. Dies trifft nicht bei gebundenen Gummifedern zu. Durch das Anvulkanisieren vom Gummi an die Stahlplatte verändert sich die Querdehnungszahl (Poissonsche Konstante) und unterliegt einer Abhängigkeit zwischen der gebundenen Fläche Ag (vulkanisierte Fläche) und der feien Fläche Ao (Außenfläche in Axialrichtung). Der sogenannte Formkennwert Kf trägt diesem Verhältnis Rechnung. Es wurde festgestellt, dass druckbeanspruchte gebundene Gummifedern mit gleichem Formkennwert etwa denselben rechnerischen Elastizitätsmodul Er aufweisen. Somit ist es möglich, einen vom Formkennwert Kf abhängigen Formfaktor K einzuführen [2], der es gestattet, den Elastizitätsmodul rechnerisch zu bestimmen.
 |
K f = Formkennwert (-)
A g = gebundene Druckfläche (mm²) A o = freie Fläche (mm2) d = Gummi Außendurchmesser (mm) l = Länge Gummiquader (mm) b = Breite Gummiquader (mm) h = Höhe Gummipaket (mm) E r = rechnerischer E-Modul (N/mm²) K = Formfaktor (-) siehe Diagramm G = G-Modul (N/mm²) |
nach oben
Als Richtwerte können die folgenden Werte für die zulässige Spannung angesehen werden.
Die Werte sind für alle Elastomer-Arten gültig.
Dauernde statische Zugkräfte sind zu vermeiden.
Bei Druckbeanspruchung ist die Gummi-Härte maßgebend für die zul. Druckspannung:
| Shorehärte (Sh) | 40 | 50-60 | 70 |
| zul. Druckspannung (N/mm²) | 0,4 - 0,5 | 0,8 - 1,0 | 1,0 - 1,5 |
Zulässige Spannungswerte für weitere Belastungsarten:
| zul. Spannung (N/mm²) | |||
| Belastungsart | statisch | dynamisch (10 Hz) |
Stoß |
| Schub | 0,2 | ± 0,050 | 0,6 |
| Zug | - | - | 1,5 |
| Drehschub | 0,3 | ± 0,075 | 0,5 |
| Druck-Schub 45° | 0,5 | ± 0,125 | 2,0 |
nach oben
Bei Elastomer-Werkstoffen nimmt der Federweg bei ständiger statischer Belastung zu. Diese zusätzliche Verformung wird als "Setzen" oder "Kriechen" bezeichnet. Das Kriechen ist abhängig von der Federrate, von der Härte des Werkstoffes und von der Gummimischung. Das Kriechen verläuft für eine lineare Federcharakteristik bei konstanter Temperatur linear proportional zum Logarithmus der Zeit. Es ist unabhängig von der Belastungsart (Druck, Schub).
 |
D s = Federwegzunahme (mm)
K = Kriechwert (-) s 6 = Federweg nach 6 s unter statischer Last (mm) n = Anzahl der Zeitdekaden (-) |
Kriechwerte
| Elastomerhärte
Shore A |
Natur-Kautschuk NR | Chloropren-Kautschuk CR | Nitril-Kautschuk NBR |
| 40 | 0,02 | 0,04 | 0,04 |
| 55 | 0,03 | 0,05 | 0,04 |
| 65 | 0,04 | 0,05 | 0,05 |
Im folgenden Diagramm ist dargestellt, das Setzen bzw. Kriechen von elastischen Lagerelemente in Abhängigkeit der Zeit bei einer Anfangseinfederung von s6 = 4 mm.
Die durch das Kriechen verursachte geringfügige Federwegzunahme kann in der Praxis meist vernachlässigt werden. Lediglich bei der Lagerung von Aggregaten, deren Wellen große Fluchtgenauigkeit erfordern und deren treibende und getriebene Einheit nicht auf einem gemeinsamen Fundament montiert sind, muss die zeitabhängige Federwegzunahme berücksichtigt werden. Da aber die Federwegzunahme für eine angenommene Standzeit von ca. 20 Jahren bereits nach 24 h Belastungszeit den halben Wert erreicht hat, kann das endgültige Ausrichten nach 1-2 Tage erfolgen unter Berücksichtigung der späteren zusätzlichen Einfederung.
nach oben
Diese Werte sind nur Anhaltswerte. Werte sind nur gültig im Bereich von 40 - 75 Shore.
 |
C neu = neue Federrate (N/mm)
C nom = nominale Federrate (N/mm) x = Umrechnungsfaktor (-) |
| Differenz der Shorehärten | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 |
| Umrechnungsfaktor x | 1,22 | 1,49 | 1,82 | 2,22 | 2,71 | 3,32 |
Elastomer Lagerelemente weisen bei dynamischer Beanspruchung abweichende Federeigenschaften gegenüber Werten aus quasistatischen Federkennlinien auf. Die Federrate ist abhängig von der Verformungsgeschwindigkeit und der Wegamplitude. Während die geschwindigkeitsabhängige Versteifung der Federrate wegen Geringfügigkeit vernachlässigt werden kann, sollte die amplitudenabhängige Versteifung bei der Betrachtung körperschalldämmender Maßnahmen berücksichtigt werden.
| Shorhärte A | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 | 65 | 70 |
| Versteifungsfaktor für
Amplitude s0 = 0,5 mm |
1,18 | 1,20 | 1,24 | 1,27 | 1,29 | 1,31 | 1,32 |
nach oben
| Werkstoff | NR | IR | SBR | BR | IIR | EPDM | NBR | CR | AU, EU | MVQ | FQ | FKM | PUR |
| Zerreißfestigkeit unverstärkt |
1 | 5 | 2 | 6 | 4 | 5 | 5 | 3 | 2 | 6 | 6 | 5 | 1 |
| Zerreißfestigkeit verstärkt |
1 | 2 | 2 | 4 | 3 | 3 | 2 | 2 | 1 | 4 | 4 | 3 | - |
| Bruchdehnung | 1 | 1 | 2 | 3 | 2 | 3 | 2 | 2 | 2 | 4 | 4 | 3 | 2 |
| Rückprallelastizität | 2 | 2 | 3 | 1 | 6 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 5 | 2 |
| Abriebwiderstand | 2 | 2 | 2 | 1 | 3 | 3 | 2 | 2 | 1 | 5 | 5 | 4 | 1 |
| Einreißfestigkeit | 2 | 2 | 3 | 5 | 3 | 3 | 3 | 2 | 3 | 6 | 6 | 3 | 1 |
| elektr. Durchgangs- widerstand |
1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 4 | 3 | 3 | 1 | 1 | 4 | 2 |
| Heißluft Temperaturber. °C |
+90 | +90 | +100 | +100 | +140 | +150 | +130 | +120 | +120 | +200 | +200 | +200 | +80 |
| Kälte Temperaturber. °C |
-50 | -40 | -40 | -60 | -40 | -40 | -40 | -30 | -20 | -80 | -80 | -25 | -35 |
| Alkalienbeständigkeit | 3 | 3 | 3 | 3 | 2 | 2 | 3 | 2 | 5 | 5 | 4 | 1 | 6 |
| Alterungsbeständigkeit | 3 | 3 | 3 | 3 | 2 | 1 | 3 | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Benzinbeständigkeit | 6 | 6 | 4 | 5 | 6 | 5 | 1 | 2 | 1 | 5 | 1 | 1 | 2 |
| Heißes Wasser | 3 | 3 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | 2 | 5 | 5 | 4 | 2 | 6 |
| Ozonbeständigkeit | 4 | 4 | 4 | 3 | 2 | 1 | 3 | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Öl- u. Fettbeständigkeit | 6 | 6 | 5 | 6 | 6 | 4 | 1 | 2 | 4 | 4 | 4 | 4 | 2 |
| Säurebeständigkeit | 3 | 3 | 3 | 3 | 2 | 1 | 4 | 3 | 5 | 5 | 4 | 2 | 6 |
| 1 | ausgezeichnet | 2 | sehr gut | 3 | gut | 4 | mäßig | 5 | gering | 6 | ungenügend |
| Polymer | Handelsnamen | |
| NR | Naturkautschuk | |
| IR | Isoprenkautschuk | Natsyn, Criflex IR |
| SBR | Styrol-Butadien-Kautschuk | Buna Hüls |
| BR | Butadien-Kautschuk | Buna CB |
| IIR | Butyl-Kautschuk | Polysar Butyl, Esso-Butyl |
| EPDM | Ethylen-Propylendien-Kautschuk | Keltan, Buna AP, Dutral |
| NBR | Acrylnitril-Butadien-Kautschuk | Perbunan, Polysar-Krynac |
| CR | Chloropren-Kautschuk | Baypren, Neoprene |
| AU, EU | Polyurethan-Kautschuk | Urepan, Adipene C |
| MVQ | Silicon-Kautschuk | Silopren |
| FQ | Flior-Silicon_Kautschuk | Silastic |
| FKM | Fluorkatschuk | Viton, Fluorel, Tecnoflon |
| PUR | Polyurethan | Vulkollan |
Literatur:
[1] Dubbel Aufl. 21
[2] Göbel - Gummifeder - Berechnung und Gestaltung
nach oben
